发电机模型对次同步振荡阻尼特性的影响.docx
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发电机模型对次同步振荡阻尼特性的影响
发电机模型对次同步振荡阻尼特性的影响
靳希1
安平2
杨秀1
郎鹏越
2
(1.上海电力学院电自学院、上海200090;2.武汉大学电气学院、武汉430072
摘要:
对发电机忽略1d绕组、1q和2q绕组和计及磁饱和的情况,利用特征值分析法和复转矩系数法计算出发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线和特征值,分析发电机模型对交直流并列运行系统次同步振荡阻尼特性的影响。
研究表明发电机阻尼绕组和磁饱和对阻尼特性有很大程度的影响。
关键词:
次同步振荡;交直流并列运行系统;发电机模型;阻尼特性;磁饱和
1引言
电力系统次同步振荡(Subsynchronous
oscillation,SSO是一种低于工频的有功振荡,它会导致发电机组大轴的疲劳积累,甚至断裂,严重时会威胁着电力系统的安全运行。
目前研究次同步振荡,采用的发电机模型一般考虑磁路饱和[1
、2]
和考
虑阻尼绕组。
目前研究SSO问题的研究方法主要有特征值分析法、复转矩系数法及时域仿真法。
特征值分析法可以提供系统的各个特征值、特征向量及相关因子等信息;复转矩系数法能够综合考虑机械
系统和电气系统的相互影响,通过复数域中的一般计算代替了复杂的特征根分析,很好的解决了“维数灾”问题,结果直观,物理透明度大,并可分析系统参数变化对阻尼曲线的影响,有利于采取SSR的对策等。
因此本文将基于考虑磁饱和和忽略部分绕组的情况利用特征值分析法和复转矩系数法进行SSO阻尼特性研究。
2分析系统及其模型
图1为分析测试系统电路图。
其中发电机组与交流输电系统采用IEEE次同步谐振第一测试系统,直流线路用T型等效电路表示,RDC、XLDC、XCDC分别对应为直流线路的等值电阻、感抗与容抗;XCR和XCI表示为HVDC两端的无功补偿;Vref、RS和XS为逆变侧交流系统等值电压源、等值电阻和感抗,R、XL、XC分别对应为交流串联补偿线路的等值电阻、感抗与容抗。
系统参数见文献[3]。
变压器阻抗归算到发电机参数中。
整流站和逆变侧控制方式分别采用定电流控制和定电压控制。
inf
GENEXC
LPBLPAIPHP图1测试系统电路图
3研究结果
3.1忽略d轴上的1d绕组对SSO的影响
系统其它参数不变的情况下,改变发电机方程,形成系统状态方程,利用特征值分析方法得到各模态在交流串联补偿线路不同串补下的特征值实部的变化情况,如图2(a所示,可以看出,不同串补度下,在考虑1d绕组的情况下各模态实部的特征值比忽略1d绕组的情况更大,但是对于模态5正好相反。
同时从图2(b以可以得到,忽略1d绕组对电气阻尼系数影响也不大,这和特征值变化情况相吻合。
但是总体而言,1d绕组对于次同步振荡印象很小。
(a各模态特征值变化情况
(b电气阻尼特性曲线
图2忽略1d阻尼绕组对SSO的影响
3.2忽略1q、2q阻尼绕组对SSO的影响
图3(a中虚线表示忽略1q和2q阻尼绕组的特征值实部变化曲线,从图中可以看出,有无绕组时,特征值实部变化很大,并且变化趋势各不相同。
计及1q和2q阻尼绕组时,模态0的特征值实部基本没有变化,对于模态1虽然不计1q和2q绕组时正的最大特征值时有所降低,但是出现较大的正的特征值的串联补偿范围变宽,在有1q和2q绕组的情况下,出现最大正的特征值的串补范围为0.3~0.4之间,没有1q和2q绕组时,其串补范围为0.4到1.0。
模态2也有相似的情况。
图3(b为系统电气阻尼特性曲线的变化情况,可以看出,忽略1q和2q阻尼绕组时,产生负阻尼的频率范围稍稍变大了,最大负阻尼的频率也由低频向高频转移,同时最大负阻尼数值由-15变化到-7。
从图3(c可以看出随着串联补偿线路串补度的不断增大,发生最大负阻尼的频率逐渐由高频向低频移动,频率范围不断增大,但是,其最大负阻尼的幅值和频率范围变化趋势却不相同,AC/DC并列运行系统在忽略1q和2q阻尼绕组时,最大电气阻尼的幅值随着串补度的增加逐渐变小。
因此,忽略1q和21阻尼绕组对次同步振荡计算结果影响很大,但是所得到的结论偏于保守。
(a各模态特征值变化情况
(b电气阻尼特性曲线
(c不同串补度
图3不计1q和2q绕组阻尼绕组时对SSO的影响
3.3考虑磁饱和时对SSO的影响
实际中,为了节省材料,同步电机在设计和制造上使得同步机在额定运行工况下运行时,定子和转子的铁心已处于浅度饱和状态。
所以磁饱和效应对于研究此同步振荡会产生一定影响。
因此,本节将磁饱和的影响简化为d、q轴分别考虑[4],根据运行点的饱和程度,找出相应的同步电抗的饱和值(饱和值,然后通过运行点将磁化曲线线性化SX[1]。
本节采用的饱和公式为:
⎭
⎬⎫××aqsdaqadsdadXK=XXK=X(1式1中,为磁饱和系数,本文中取为
=0.8491sdKsdK[4]。
在系统其他参数不变的情况下,计
及磁饱和,分别得到各模态特征值变化情况和电气阻尼特性曲线变化情况,如图4所示。
可以看出,磁饱和现象对于模态1、2、4的特征值大大降低,出现较大正的特征值的串补度加大。
但是对于模态5,我们可以看出,其变化趋势与忽略1d绕组相似,磁饱和使模态5的特征值从负值变化到正的最大特征值为0.5。
由此可以看出,计及磁饱和时对某些模态造成恶化,有些模态得到改善。
从图4(c中可以看出,随着串补度的不断增加,发生最大负阻尼的频率由高频向低频移动,但是最大负阻尼的幅值变化不大。
因此研究实际系统时不考虑磁饱和效应时得到的结论不利于分析次同步振荡阻尼特性。
(a各模态特征值变化情况
(b电气阻尼特性曲线
(c不同串补图4磁饱和对SSO的影响
4结论
对于不计及阻尼绕组和磁饱和现象对于SSO的影响,在以前的次同步振荡分析中,还没有人考虑过,从上节的分析中,可以看出磁饱和现象、1q和2q阻尼绕组对次同步振荡有较大影响。
考虑磁
饱和对研究次同步振荡得到的结果有利,因此分析次同步振荡时应计及磁饱和现象。
忽略阻尼绕组时所得结果偏于保守,但是从实际情况来看,考虑阻尼绕组得到的结论更实际。
参考文献
[1]周长春,徐政.由直流输电引起的次同步振荡的阻尼特性分析.中
国电机工程学报,2003(1,6-10.
[2]周长春,徐政.串补AC/DC系统次同步振荡阻尼特性分析.高电
压技术,2004(2,1-9.
[3]Y.-Y.Hsu,L.Wang.ModalcontrolofanHVDCsystemforthe
dampingofsubsynchronousoscillations.IEE
PROCEEDINGS.vol.136,Pt.C,No.2,MARCH1989,78-86.
[4]陈世元主编.电机学.中国电力出版社,2004.作者简介:
靳希:
男,(1947-,湖南长沙人,教授,上海电力学院电力与自动化工程学院常务副院长,研究方向为电力系统及其自动化,电力系统规划,直流输电控制等。
(email:
jinxiche@。
安平:
男,(1976-,重庆开县人,武汉大学硕士研究生,研究方向为变电站控制,电力系统规划,电力系统次同步暂态研究等。
杨秀,男,(1972-,博士,副教授,主要研究方向为HVDC的小信号分析与控制。
郎鹏越:
男,(1978-,硕士研究生,主要从事直流输电系统暂态仿真研究。
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